不规则破碎波作用下堤前沙质海床冲刷形态研究

针对实际海浪是随机的情况 ,本文首次研究了不规则破碎波作用下直立堤前沙质海床的冲刷。通过水槽试验 ,揭示了不同水深、不同波谱。

长江口河段柔性护滩结构周边河床冲刷形态分析

近年来软体排型式的柔性护滩结构在长江中下游水利工程及航道整治工程中得到广泛应用.此类工程实施后,其外缘通常会产生不同形态的冲刷坑.为研究总结分析此类问题,以长江口深水航道治理工程及其上延工程中的固定断面监测资料为基础,对长江中下游及河口地区软体排及其相关配套工程实施后,软体排外缘的实际冲刷情况进行了梳理.尝试根据引起局部冲刷的动力原因,将冲刷坑形态分为沿软体排冲刷槽、绕流冲刷坑和跌流冲刷坑,并具体分析了不同形态冲刷坑的特征及演变过程。

用模型延伸法进行丹东电厂排水口冲刷形态及防护的试验研究

本文采用系列沙粒模型延伸法，对华能丹东电厂排水口的冲刷形态进行了试验研究，并确定了相应的最佳工程防护方案。文中系统介绍了系列沙粒模型延伸法的理论依据．将此方法成功地用于海岸工程泥沙试验。采用三种天然海沙作系列模型沙，来延伸模拟原型结果，取代常规的人工轻质沙试验，这不但节约了大量资金，而且技术先进，简便易行。经一系列试验，取得了较圆满的试验结果。

港工建筑物下游海岸冲刷形态的实验研究

本文用物理模型方法对沙质海岸上港工建筑物下游海岸冲刷形态进行了实验研究。实验中以天然海滩细沙作为模型沙。经过大量试验,取得了描述下游冲刷形态的一些特征参数试验数据,以及这些特征参数随动力因素的综合效应——输沙量的变化规律。对冲刷形态的逐年变化特性也进行了探讨。在一定试验条下获得的试验成果,可供类似工程项目的选址、规划和可行性研究阶段参考应用。

复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷及冲坑形态研究

为研究水动力条件变化对复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷的影响,以深圳市东宝河大桥主墩基础为研究对象,通过大比尺(1∶15)正态物理模型试验分析了桥墩基础在半掩埋条件下的局部冲刷坑形态、尺度及冲刷过程在不同水流偏向角度、水动力条件下的动力响应。结果表明:桥墩受小角度偏转水流的冲刷作用普遍增强;周边新建工程实施后,桥墩周围水深变小、流速变大,伴随着冲刷坑影响范围增大,水流偏向角为0°和5°时最大冲刷深度分别增加17%和16%;受复杂承台结构和群桩阻水效应的联合影响,沿桥墩轴线方向产生的3个冲刷坑尺度依次递减,至冲坑末端为沙脊淤积;冲刷坑在立面上呈现出从倒圆锥变化至半椭圆形态,且随着高程增加,冲刷坑水平方向尺寸增幅放缓而横截面面积显著增加。研究成果可为类似复杂桥墩型式的桥梁安全运行提供参考。

沉井基础局部冲刷形态的体型影响效应与动态演化

针对砂土中沉井基础局部冲刷形态的体型影响效应开展波流水槽模型试验研究,并与中国、美国和新西兰规范的冲刷深度计算公式进行对比分析。试验设计了圆形和方形2种形状的沉井基础,在给定水深和流速条件下进行冲刷试验,重点考察了沉井基础的形状、尺寸和布置方式等体型因素的影响规律。研究结果表明:圆形沉井最大冲刷深度和冲刷范围分别位于迎水侧和背水侧的45°范围附近,其冲刷深度随着沉井直径增大而有所增大;根据圆形沉井周围冲刷形态的动态演变特征,可将其形成的局部冲刷形态分为清水冲刷区、动床冲刷区和冲刷沉积区3个典型区域;方形沉井的冲刷主要发生在方形角点的附近,在不同的角点位置,其冲刷程度有着明显的区别;与中国、美国以及新西兰规范的冲刷深度计算方法对比表明,这3种规范方法对于小直径沉井的计算结果与实测值均大致相当,但对于直径较大的沉井基础则都存在着显著的误差,需要进行适当的修正,以反映体型效应对于沉井局部冲刷深度的影响。

冲刷对海上风电大直径单桩基础影响研究

对于海上风电单桩基础而言,冲刷会决定桩基的稳固程度,从而影响桩基的承载能力与风机的安全。针对某海上风电场项目,参照相关经验公式,确立了倒圆锥形状的冲刷坑形态,并得到了相关的冲刷坑参数。通过有限元软件ABAQUS建立了4种不同冲刷深度的有限元模型,并在极限工况下进行了相关的数值模拟分析计算。对桩身而言,随着冲刷深度的增加,桩身相同位置处的位移增大,由于桩周土体的减少,桩身压力随之减小,并且桩基础的固有频率逐渐降低。对于土体而言,冲刷程度越大,桩内土体位移越大,土体塑性破坏区域面积越大。

波流作用下大直径淹没圆柱局部冲刷试验研究

水下大直径淹没圆柱在波流共同作用下的冲刷特性与非淹没情况有较大差别。在波流水槽中开展局部冲刷试验,将大直径淹没圆柱模型安装在中值粒径0.22 mm的平底沙床内,改变波浪波高和周期、水流流速和方向、圆柱淹没率,测量圆柱周围流速变化,记录柱周冲深发展历时,运用激光地形仪测量冲刷坑的地形形态,分析了淹没率S r和相对高度h c/D对准平衡冲深的影响。结果表明,相同入射波流条件下,随相对柱高h c/D降低,冲刷发展速率、冲坑半径和深度都随之减小。当相对柱高h c/D>1时,冲深随柱高增长速率较快直至达到临界值。准平衡冲刷坑呈“倒勺状”,沿圆柱左右两边呈对称分布,柱前呈半环状;圆柱正后方淤积成“马鞍状”沙丘。

波浪作用下斜坡沙质海床上桩柱周围局部冲刷试验研究

在斜坡上桩柱引起的局部冲刷与平底条件下产生的冲刷存在差异。布置中值粒径为0.320 mm、坡度为1∶16的斜坡沙床,开展规则波作用下桩柱周围的局部冲刷试验研究。试验主要考虑小Keulegan-Carpenter数(KC数)条件,探讨了波高、波周期和桩柱位置对局部冲刷的影响,并从最大冲刷深度和冲刷形态两个方面对比分析了斜坡与平底条件局部冲刷的异同。结果表明:斜坡上桩柱位置对局部冲刷有较大影响;在相同的KC数条件下,斜坡沙床上的最大冲深大于平底沙床;斜坡沙床的清水冲刷形态与平底沙床差异较大,而浑水冲刷形态相似。

孤立波作用下淹没垂直桩柱局部冲刷试验研究

孤立波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动,导致采用淹没式桩基础的近海建筑物周围发生局部冲刷,严重影响近海建筑物的稳定性。采用中值粒径为0.22 mm的均匀沙在波浪水槽中布置平底沙床,在两种不同桩径条件下,对孤立波作用下淹没桩周围的冲刷发展过程进行了记录分析,探讨入射波高及淹没率对局部冲刷的影响,并从冲刷形态方面对比分析了孤立波与单向水流、规则波作用下局部冲刷的异同。结果表明:在相同淹没率条件下,随着入射波高的增大,桩周冲刷形态由双喇叭型向瞬态型冲刷形态发展;在相同入射波高条件下,桩高与桩径比h_c/D位于1～7范围内,淹没率对桩前最大冲刷深度影响不大,而桩后最大冲刷深度随淹没率增大而减小,并给出了淹没因子K_s与淹没率的多项关系曲线;孤立波与单向流作用下的淹没桩周围地形变化相似,而与小周期规则波作用下的地形变化差异较大。对实测数据进行多元回归得到冲刷深度的综合计算公式,经验证该公式计算值与实测值最大误差不超过7%。

大型涉水群桩桥基局部冲刷特性试验研究

利用正态宽水槽研究梅花形大型涉水群桩基础的局部冲刷特性,得到最大冲深、最深点位置以及桩群内垂向和顺水向的冲刷形态,并与常规形群桩布置引起的冲刷进行了试验对比。其中梅花形群桩局部冲刷的特性和试验结果在苏通长江大桥建设中得到较好地验证。

深水桥梁台阶式沉井基础局部冲刷特性研究

为探究台阶式沉井基础附近局部冲刷的影响,建立三维水动力数学模型,计算分析恒定流下台阶式沉井基础附近水动力特征。基于数值模拟结果设计了8个有效试验工况进行物理模型试验,分别探究了台阶式沉井平台宽度、埋置深度以及挡墙高度对局部冲刷特性的影响并进行讨论。试验结果表明台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台截面宽度比增大逐步减小并趋于稳定。台阶式沉井局部最大冲刷深度随平台埋深比增大而逐步减小最终趋于稳定。台阶式沉井平台处设置较低挡墙对减小沉井周围局部冲刷最大深度有小幅的效果。

后石电厂排水口冲刷及其防护块体稳定试验研究

电厂排水口水域底床的稳定是电厂排水基础结构安全的保障,通过排水口水域局部动床冲刷以及排水口防护块体稳定模型试验,研究后石电厂排水海域泥沙冲刷及其防护块体稳定问题.排水口冲刷试验结果表明,不同水位下2个排水口满负荷排水时,排水口区域会出现冲坑、冲沟,排水明渠隔堤堤头外50 m左右海床范围内为严重冲刷区,最大相对冲深可达9.0 m.防护块体稳定试验结果表明,满负荷排水流量条件下,在排水口水域采用一定粒径组合的抛石防护工程措施,块石可以达到稳定状态.最终得出的优化方案为:在排水明渠口外50 m范围内采用直径40 cm左右的块石防护,50～100 m范围内采用直径为20 cm左右的块石防护.

海洋平台桩基周围冲刷过程及冲刷机理分析

对埕岛油田典型平台周边多年的水深地形资料进行分析对比,研究平台桩基周围冲刷过程,探讨桩柱周围形成冲刷坑的冲刷深度、几何形态和分布特征,分析其冲刷机理。结果表明,平台建成初期桩基冲刷剧烈,周围海底形成以平台为中心的盆状地形,经历近1年的时间逐步达到冲淤平衡。冲刷坑形态特征主要由水动力条件控制。

结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展的影响

选用基于动网格自更新技术的三维CFD冲刷模型,可以解决既有一维、二维计算研究方法的局限性以及准确性问题,对桥墩冲刷以及周边流场三维性态进行全过程动态跟踪分析.首先采用经典B.W.Melville实验环境以及实验数据,分别从流场、流速以及冲刷坑进行冲刷模型的准确性验证.进而利用该数值模型分别对3种典型桥墩(单柱墩、双柱墩、排墩)周边河床的冲刷深度、冲刷坑形态以及冲刷影响区域进行数值分析,通过数据分析得出各自完全不同的冲刷发展趋势与性态特征.通过对比分析可以看出,桥墩结构形式对桥墩局部冲刷三维性态发展有着显著影响,区分桥墩结构形式对桥墩冲刷设计、理论分析以及长期监测方案设置具有相当的必要性与重要性.

温州瓯江北口大桥中塔沉井冲刷防护技术

温州瓯江北口大桥主桥为(215+2×800+275)m的三塔双层钢桁梁悬索桥,中塔采用沉井基础,沉井顶平面尺寸为66.0m×55.0m,总高68.0m。为了解沉井定位着床期间河床的局部冲刷情况,通过封闭水槽试验研究沉井定位着床期间的河床局部冲刷深度及冲刷形态。结果表明,河床局部冲刷非常严重,沉井下沉时会产生倾斜扭转。为确保沉井平稳安全着床,采用抛填防护层的方法对沉井周围20m范围内的河床进行预防护施工,防护层包括反滤层(厚0.8m,采用级配砂)和护面层(厚2.2m,采用粒径为5cm的碎石)。预防护施工后,经现场检测可知,着床后沉井中心偏差11cm,平面扭转0.21°,均小于允许值,沉井几何姿态控制良好。说明河床预防护技术可以有效减小局部冲刷,保证了沉井着床精度。

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。

深水圆端型沉井基础冲刷防护研究

桥梁基础在水下施工过程中面临的冲刷问题十分复杂,可能导致极高的施工风险,利用物理模型试验和现场实测数据对比分析研究河床冲刷,对施工中如何制定防冲刷措施具有重要指导意义。以常泰大桥深水圆端型沉井基础为例,结合沉井施工工序,通过原始河床面、挖槽、挖槽防护3组物理模型试验,分析了不同施工阶段的最大冲刷深度及冲刷形态,并与原位观测冲刷数据进行了对比分析。结果表明:在河床上挖槽来降低最大冲刷深度的效果不明显,沉井入土后挖槽内抛石防护可以显著降低沉井附近河床的冲刷深度;物理模型试验可以较好地预测河床冲刷形态,得出最大冲深极值;复杂地质条件下,在河床开挖基槽可以有效降低沉井前期施工倾斜、偏位风险。研究成果可为类似深水沉井基础施工过程中冲刷防护措施制定提供参考。

孤立波作用下水下淹没圆柱桩周围冲刷试验研究

通过波浪水槽试验,开展孤立波作用下水下淹没圆柱桩周围局部冲刷特性研究,对淹没式圆柱桩周围冲刷发展过程进行了分析,探讨入射波高、相对桩高及相对淹没深度对局部冲刷的影响。结果表明桩前最大冲刷深度受相对桩高影响较小,而桩后最大冲刷深度随相对桩高增大而增大。